(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに連結されるクランクシャフトと、
円周方向に二つ割りにされた外輪、当該外輪の内周の外側軌道面を転動する複数個の転動体、及び前記転動体を円周方向に沿って所定間隔に保持する保持器を有し、前記クランクシャフトを回転可能に支持する転がり軸受とを備えたクランク軸受装置であって、
外周に前記転動体が転動する内側軌道面を有し、前記クランクシャフトの外周面を覆うとともに前記転がり軸受に内嵌されている有端環状の環状部材を備え、
前記環状部材は鋼材からなり、前記内側軌道面の表面硬さがＨＲＣ５７以上とされており、
前記環状部材の円周方向両端部は、その各端面が径方向断面において径方向に対して傾斜して形成された状態で接合されていることを特徴するクランク軸受装置。
【請求項２】
前記環状部材の円周方向両端部は、溶接により接合されるとともにこの接合部の表面と面一となるように研磨加工されている請求項１に記載のクランク軸受装置。
【請求項３】
前記接合部は、前記ピストンからの爆発荷重を受けない非負荷圏に配置されている請求項２に記載のクランク軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトを転がり軸受により回転可能に支持するクランク軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や船舶などのエンジンにおいて、ピストンの往復動を回転運動に変換するクランクシャフトを支持するクランク軸受は、カウンターウェイト間又はカウンターウェイトとコンロッド大端部との間に配置されることから、円周方向に二分割された分割軸受が使用されている。
【０００３】
前記クランク軸受としては、従来、回転損失の大きい滑り軸受が使用されている。しかし、近年、より燃料消費量の少ないエンジンに対する要求が益々高まっていることから、回転損失を低減させるために、前記滑り軸受に代えて周方向に二分割された転がり軸受を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この分割型の転がり軸受は、例えば、円周方向に二つ割りにされた外輪と、両外輪の各内周の軌道面を転動する複数個の転動体と、各転動体を円周方向略等間隔に保持する保持器とを備えている。そして、クランクシャフトのジャーナル部が内輪部材として転がり軸受に内嵌されており、このジャーナル部の外周面を転動体が転走するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３４０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記クランクシャフトは、加工し易いように柔らかい金属材料を用いて製造されるのが一般的であるため、クランクシャフトの材質、硬さ、介在物等は転がり軸受の軌道輪としては適合しない。このため、クランクシャフトの外周面を転動体が転動することにより前記外周面に剥離等の損傷が発生する場合があり、この場合にはクランクシャフトの耐久性が低下するという問題がある。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、クランクシャフトの耐久性が低下するのを抑制することができるクランク軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明のクランク軸受装置は、ピストンに連結されるクランクシャフトと、円周方向に二つ割りにされた外輪、当該外輪の内周の外側軌道面を転動する複数個の転動体、及び前記転動体を円周方向に沿って所定間隔に保持する保持器を有し、前記クランクシャフトを回転可能に支持する転がり軸受とを備えたクランク軸受装置であって、外周に前記転動体が転動する内側軌道面を有し、前記クランクシャフトの外周面を覆うとともに前記転がり軸受に内嵌されている有端環状の環状部材を備え、前記環状部材は鋼材からなり、前記内側軌道面の表面硬さがＨＲＣ５７以上とされており、前記環状部材の円周方向両端部は、その各端面が径方向断面において径方向に対して傾斜して形成された状態で接合されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、クランクシャフトの外周面を鋼材からなる環状部材で覆うとともに、この環状部材を転がり軸受に内嵌し、環状部材の外周において表面硬さがＨＲＣ５７以上の内側軌道面を転がり軸受の転動体が転動するようにしたので、環状部材を転がり軸受の内輪部材として好適に用いることができる。これにより、クランクシャフトの外周面を転動体が直接転動するのを回避することができるため、クランクシャフトの外周面に剥離等の損傷が発生するのを抑制することができる。この結果、クランクシャフトの耐久性が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
また、前記環状部材の円周方向両端部は、溶接により接合されるとともにこの接合部の表面と面一となるように研磨加工されていることが好ましい。この構成によれば、環状部材の円周方向両端部とその接合部とを滑らかに一体化することができるため、転動体が環状部材の接合部を転走する際に、騒音や振動が発生するのを抑制することができる。
【００１０】
また、前記接合部は、前記ピストンからの爆発荷重を受けない非負荷圏に配置されていることが好ましい。この構成によれば、環状部材の接合部がピストンからの爆発荷重によって損傷するのを抑制することができるため、環状部材の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のクランク軸受装置によれば、クランクシャフトの外周面に剥離等の損傷が発生するのを抑制することができるため、クランクシャフトの耐久性が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランク軸受装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】クランク軸受装置の環状部材を示す平面図である。
【図４】クランク軸受装置のクランクシャフトに対する環状部材の溶接位置を示す説明図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るクランク軸受装置の環状部材を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明のクランク軸受装置の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るクランク軸受装置を示す断面図である。このクランク軸受装置１は、ピストン２（図４参照）に連結されるクランクシャフト３と、クランクシャフト３をハウジング４に対して回転可能に支持する転がり軸受５とを備えている。
【００１４】
クランクシャフト３は、ピストン２の往復運動を回転運動に変換するものであり、回転軸となるジャーナル部３ａと、カウンターウェイト部３ｂと、クランクピン部３ｃとを備えている。クランクピン部３ｃには、図４に示すように、コンロッド（コネクティングロッド）６の大端部６ａが連結されており、コンロッド６の小端部６ｂはピストン２に連結されている。
【００１５】
ハウジング４は、アッパーブロック４ａとロアブロック４ｂとにより構成され、アッパーブロック４ａの下面とロアブロック４ｂの上面とにより支持孔４ｃが形成されている。ハウジング４の支持孔４ｃには、転がり軸受５の外輪１１が密嵌されている。
【００１６】
図２は図１のＡ−Ａ断面図である。転がり軸受５は、二つ割り転がり軸受であり、円周方向に二つ割りにされた前記外輪１１と、外輪１１の内周の外側軌道面１４を転動する複数個の転動体であるころ１２と、円周方向に二つ割りにされた保持器１３とを備えている。
【００１７】
外輪１１は、半円筒状に形成された一対の半割外輪１１ａ，１１ｂからなっている。半割外輪１１ａ，１１ｂの内周には、ころ１２が転動する前記外側軌道面１４が形成されている。保持器１３は、各ころ１２を円周方向略等間隔に保持するものであり、半円状に形成された一対の半割保持器１３ａ，１３ｂからなっている。
【００１８】
図１及び図２おいて、クランク軸受装置１は、クランクシャフト３のジャーナル部３ａの外周面を覆う環状部材２０をさらに備えている。環状部材２０は、転がり軸受５の前記複数個のころ１２で囲まれる部分に内嵌されることにより、当該転がり軸受５に回転自在に支持されており、転がり軸受５の内輪部材として機能している。
【００１９】
環状部材２０は、有端環状に形成された鋼材からなる。鋼材は、例えば機械構造用炭素鋼によって形成されている。機械構造用炭素鋼として好ましい具体例としてはＳ５０Ｃ及びＳ５５Ｃであり、この場合、炭素含有量は０．４５％以上である。
【００２０】
環状部材２０の外周には、軸方向全長に亘ってころ１２が転動する内側軌道面２０ａが形成されている。この内側軌道面２０ａは、熱処理（高周波焼入れ、噴射焼入れ、または浸炭焼入れ等）により硬化処理が施されている。この硬化処理によって、内側軌道面２０ａの表面硬さは、ＨＲＣ５７以上とされている。
【００２１】
図３は環状部材２０の平面図である。図２及び図３おいて、環状部材２０の円周方向両端部２１及び２２の各端面は、径方向断面（図２）において傾斜して形成されており、この両端部２１，２２間に形成された隙間を埋めるように軸方向全長に亘って溶接により接合されている。その際、接合部２３は前記隙間の径方向内方においてジャーナル部３ａの外周面に接するため、前記両端部２１，２２はジャーナル部３ａにも固定される。前記両端部２１，２２は、接合部２３の表面と面一となるように研磨加工されている。
【００２２】
図４は、クランクシャフト３のジャーナル部３ａの外周面における環状部材２０の溶接位置を示す説明図である。クランクシャフト３のジャーナル部３ａは、矢印Ｂ方向に発生するピストン２からの爆発荷重を、コンロッド６、クランクピン部３ｃ及びカウンターウェイト部３ｂを介して受けるようになっている。このため、前記爆発荷重は、ジャーナル部３ａを覆う環状部材２０にも作用する。
【００２３】
本実施形態における環状部材２０の周方向の負荷圏Ｃ（爆発荷重を受ける範囲）は、図４の一点鎖線で囲む範囲（略４時の位置から略８時の位置までの範囲）となっている。したがって、環状部材２０の周方向の非負荷圏Ｄ（爆発荷重を受けない範囲）は、前記負荷圏Ｃを除く範囲（図４の二点鎖線で囲む範囲）となっている。環状部材２０の接合部２３は、非負荷圏Ｄ内の図示の位置（図４の１２時の位置）に配置されている。
【００２４】
以上の構成のクランク軸受装置１によれば、クランクシャフト３のジャーナル部３ａの外周面を鋼材からなる環状部材２０で覆うとともに、この環状部材２０を転がり軸受５に内嵌し、環状部材２０の外周において表面硬さがＨＲＣ５７以上の内側軌道面２０ａを転がり軸受５のころ１２が転動するようにしたので、環状部材２０を転がり軸受５の内輪部材として好適に用いることができる。これにより、クランクシャフト３の外周面をころ１２が直接転動するのを回避することができるので、クランクシャフト３の外周面に剥離等の損傷が発生するのを抑制することができる。この結果、クランクシャフト３の耐久性が低下するのを抑制することができる。
【００２５】
また、有端環状に形成された環状部材２０の円周方向両端部２１，２２は、溶接により接合されるとともに、この接合部２３の表面と面一となるように研磨加工されているため、環状部材２０の円周方向両端部２１，２２と接合部２３とを滑らかに一体化することができる。これにより、ころ１２が環状部材２０の接合部２３を転走する際に、騒音や振動が発生するのを抑制することができる。
【００２６】
また、環状部材２０の円周方向両端部２１，２２の接合部２３は、ピストン２からの爆発荷重を受けない非負荷圏Ｄに配置されているため、接合部２３が爆発荷重によって損傷するのを抑制することができる。これにより、環状部材２０の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。上記実施形態では、環状部材２０の両端部２１，２２は、平面視において軸線方向（図３の上下方向）に延びて形成されたものを例示したが、例えば、図５（ａ）に示すように軸線方向に対して傾斜して形成されたものや、図５（ｂ）に示すようにＶ字状に形成されたものであってもよい。この場合、両端部２１，２２は、上記傾斜又はＶ字状の形状に沿って軸方向全長に亘って溶接により接合され、この接合部２３の表面と面一となるように研磨加工される。
【００２８】
また、環状部材は周方向の一箇所で分断されているが、二箇所以上で分断されていてもよい。
また、環状部材は、その円周方向両端部の間の隙間を溶接することにより、ジャーナル部に固定されているが、軸方向両端部をジャーナル部若しくはカウンターウェイト部に固定するようにしてもよい。さらに、クランクシャフトに対する環状部材の固定は、溶接以外にピン等により固定してもよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、環状部材の接合部は、非負荷圏である図４の１２時の位置に配置されているが、この位置も負荷圏となる場合は、この負荷圏の除く非負荷圏の任意の位置に配置すればよい。例えば、図１において環状部材２０が、その軸方向両側のクランクピン部３ｃにそれぞれ連結されるピストン２から爆発荷重を受ける場合は、図４において図示する負荷圏Ｃと、負荷圏Ｃに対して１８０度の移相差の負荷圏（１０時の位置から２時の位置までの範囲）とが存在することになる。この場合は、非負荷圏となる３時の位置や９時の位置に接合部を配置すればよい。
【００３０】
また、軸受に内嵌されるシャフトとしてクランクシャフトのジャーナル部を例示したが、クランクシャフトのクランクピン部にも本発明のクランク軸受装置を適用することができる。
また、前述した実施形態は、転動体としてころを用いたニードル軸受を備えているが、転動体としてボールを用いた玉軸受を採用することもできる。
また、保持器は、二つ割り構造に限らず、周方向の１箇所で分断されたリング構造とし、この分断された箇所を拡げて環状部材の外周側に取り付けるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１：クランク軸受装置、２：ピストン、３：クランクシャフト、５：転がり軸受、１１：外輪、１２：ころ（転動体）、１３：保持器、１４：外側軌道面、２０：環状部材、２０ａ：内側軌道面、２１，２２：端部、２３：接合部、Ｄ：非負荷圏
【図１】
0005556374.tif 000002
【図２】
0005556374.tif 000003
【図３】
0005556374.tif 000004
【図４】
0005556374.tif 000005
【図５】
0005556374.tif 000006